由于甲烷是比二氧化碳溫室效應(yīng)強幾倍的氣體，科學(xué)家一直想探究海底存在多少甲烷和其對全球氣候的影響。此前，他們也曾將海底含甲烷的沉積物樣品提取至調(diào)查船上檢測。

中國科學(xué)院海洋研究所科研人員與一美國科研機構(gòu)合作，利用深海激光拉曼光譜儀和自制探針，在海底測出甲烷的原位真實濃度是傳統(tǒng)取樣測試的10倍至20倍，但海底甲烷是否會大量溢出加劇全球變暖依然未知。

由于甲烷是比二氧化碳溫室效應(yīng)強幾倍的氣體，科學(xué)家一直想探究海底存在多少甲烷和其對全球氣候的影響。此前，他們將海底含甲烷的沉積物樣品提取至調(diào)查船上檢測，但是在從海底到海面幾千米的運送過程中，海水壓力和溫度發(fā)生巨大變化，深海沉積物甲烷濃度隨之發(fā)生變化，而在海底原位探測沉積物中甲烷濃度一直是科學(xué)難題。

中國科學(xué)院海洋研究所科研人員張鑫在中國海洋大學(xué)就讀博士期間，于2008年1月赴與中國海洋大學(xué)合作的美國蒙特里杰克海灣水族館研究學(xué)會攻讀聯(lián)合培養(yǎng)博士。經(jīng)過兩個月選題，張鑫的導(dǎo)師皮特-布魯指導(dǎo)他將研究方向定為海底甲烷原位真實濃度探測。

“我們實驗室研制了世界上第一臺可工作于深海的拉曼光譜儀，其發(fā)射激光在海底照射到固體樣品上，分析被激發(fā)拉曼光的數(shù)據(jù)即可得出這些固體樣品的成分。之前，有人做過海底巖石、可燃冰等物質(zhì)的探測，但沒人做海底沉積物的原位探測。因為激光照射在海底沉積物上會產(chǎn)生熒光效應(yīng)，一般大家認(rèn)為這種熒光效應(yīng)過強會遮蔽拉曼光譜的數(shù)據(jù)。”張鑫說。

張鑫通過實驗發(fā)現(xiàn)，激光照射在海底沉積物孔隙水中所產(chǎn)生的拉曼光譜譜線雖然疊加了熒光的背景光，但是并沒有被熒光效應(yīng)所完全遮蔽，依然可以分析出海底沉積物孔隙水的成分。于是，在能夠進行定性分析物質(zhì)組成的前提下，張鑫開始著手定量分析。

“在海底沉積物甲烷濃度探測中，我們以沉積物孔隙水為樣本，將孔隙水中溶解的甲烷拉曼譜峰與水的拉曼光譜譜峰相比，進行內(nèi)標(biāo)定數(shù)據(jù)處理，這樣就得到一個標(biāo)準(zhǔn)化后的甲烷拉曼光譜強度數(shù)值。以此類推，通過大量實驗室數(shù)據(jù)，就可以得出一個甲烷拉曼光譜強度與其濃度的比例系數(shù)。以后只要儀器探測出甲烷標(biāo)準(zhǔn)化拉曼光譜峰強度的數(shù)值，乘以這個系數(shù)就能知道甲烷的濃度。”張鑫說。

科學(xué)原理走通后，張鑫著手設(shè)計相應(yīng)的深海探測設(shè)備，他以深海有纜水下機器人(ROV)為依托，制作了一個鋁質(zhì)探針，在視頻監(jiān)控下，由ROV的機械手握住探針，將其插進海底沉積物中，提取沉積物孔隙水。